JP3324974B2 - 熱処理装置及び熱処理方法 - Google Patents

熱処理装置及び熱処理方法

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  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体ウェーハやガ
ラス基板に熱処理を施す装置と方法に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体ウェーハやガラス基板等の被処理
基板上に集積回路を形成するには、被処理基板表面に所
定パターンのレジストマスクを被覆し、このレジストマ
スクの上からCVD、エッチング、ドーピング等の各種
処理を施している。特に最近では、高集積化及び高密度
化に伴い、マスクの更なる微細化が要望されており、こ
の要望に応える形で、マスクを構成する感光性レジスト
材料が種々開発され、例えば解像性及び感度に優れたレ
ジストとして化学増幅型レジストが注目されている。
【0003】上記の感光性レジストにて所定パターンの
レジスト膜を形成するには、基板表面にレジスト膜とな
る塗布液を塗布した後、塗布液をホットプレートにて加
熱し膜を形成した後、この膜に所定パターンで光を当
て、レジスト膜がポジ型であれば、光が当らなかった部
分を不溶性部分とし、ネガ型であれば光が当った部分を
不溶性部分として残す。
【0004】そして、一般的に感光性レジスト膜は急冷
することによって感度が上がるため、従来から加熱用の
ホットプレートの他に、ホットプレートの下流側にクー
ルプレートを配置し、加熱処理後の被処理基板を冷却す
るようにしている。また、化学増幅型レジストの場合は
PED(Post Exposure Delaytime)、即ち、露光後の
引き置き時間の長短によって諸特性が変動することか
ら、PEDの管理には細心の注意を払うことが重要であ
る。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
の熱処理ラインにあってはホットプレートの下流側にク
ールプレートを配置し、加熱処理が終了した被処理基板
をロボットにてクールプレートまで搬送しなければなら
ないため、この搬送中に被処理基板が自然に冷却され、
急冷による感度上昇が阻害される。また、被処理基板を
ホットプレートを内蔵したケースから取り出して、クー
ルプレートまで搬送する間に、基板の面内で温度分布が
不均一になる。特に、化学増幅型レジストにおいては、
加熱から冷却までの時間を極力短くすることが好まし
い。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明に係る熱処理装置は、被処理基板の搬入用ま
たは搬出用の開口を除いて密閉されたケース内に被処理
基板を加熱処理するホットプレートを配置し、またケー
ス内でホットプレートよりも下方に被処理基板を冷却処
理するクールプレートを配置した。
【0007】前記ホットプレートによる処理とクールプ
レートによる処理を切り換えるには、例えばケース内に
設けた昇降手段によって行う。またクールプレートとし
ては表面に被処理基板を吸着するための吸引穴が開口し
たものとすることもできる。
【0008】また、ホットプレートまたはクールプレー
ト表面は、フッ素樹脂等の熱伝導率の小さい材料にて被
覆することで、被処理基板をホットプレート表面に近接
させた際に、被処理基板の熱容量に応じたホットプレー
トまたはクールプレート表面への温度影響を緩和するこ
とができる。
【0009】更に、ケースに形成する被処理基板の搬入
用または搬出用の開口は、クールプレート寄りの位置に
形成することが好ましい。斯かる位置に開口を形成する
ことで、ケース内温度が安定する。
【0010】また本発明に係る熱処理方法は、被処理基
板を加熱処理するホットプレートよりも下方に被処理基
板を冷却処理するクールプレートを配置したケース内
に、被処理基板を搬入し、ケース内で被処理基板を昇降
動せしめることで、加熱処理と冷却処理とを切り換える
ようにした。
【0011】ところで、1つのケース内にホットプレー
トとクールプレートを配置した場合、ケース内での温度
分布は、不安定になることは否めない。このような条件
下で確実に熱処理を行うには、ホットプレート表面に存
在する熱力学的な温度境界膜内に被処理基板を置くこと
が望ましい。そのためには、加熱処理中における被処理
基板上面とホットプレート表面またはクールプレート表
面との間隔を10mm以下とすることが好ましい。1つ
のケース内下方にホットプレートを、上方にクールプレ
ートを配置した場合、上方に熱が篭り易いので、より精
密な熱処理を行うときには、下方にクールプレートを上
方にホットプレートを配置した方がよい。このようにす
ることにより、ケース内での温度分布を安定化させるこ
とができる。特に、加熱処理においては、ホットプレー
トを被処理基板囲繞するように補助ヒータを設けるこ
とにより、均一で安定した処理ができ、また、ホットプ
レートと被処理基板との間隔をラフに扱うこともでき
る。
【0012】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて説明する。ここで、図1は本発明に係る
熱処理装置の断面図であり、熱処理装置1は基台上にケ
ース2を固定し、このケース2内の略中央部に半導体ウ
ェーハやガラス基板等の被処理基板Wを冷却処理するク
ールプレート3を、またクールプレート3よりも上方に
被処理基板Wを加熱処理するホットプレート4を配置し
ている。
【0013】ホットプレート4の表面はフッ素樹脂等の
熱伝導率の小さい材料にて被覆されている。クールプレ
ート3の中央部には被処理基板Wを吸引して保持するチ
ャック5を設けている。このチャック5は図示しない吸
引装置に接続している。
【0014】また、ケース2の底部には上下方向を軸と
したシリンダユニット6を設け、このシリンダユニット
6に支持プレート7を介して昇降手段としての昇降ピン
8を取り付けている。昇降ピン8はクールプレート3を
貫通して上方に伸び、その上端にて被処理基板Wの下面
を支持する。
【0015】一方、基台の側方には搬送ロボット9を配
置し、この搬送ロボット9との間で被処理基板Wを授受
するための搬入・搬出用の開口10をケース2の側面で
且つクールプレート3に寄った位置に設けている。
【0016】搬送ロボット9は支柱11にレール部材1
2を水平面内で所定角度回転自在に取り付け、このレー
ル部材12に搬送アーム13を係合し、モータ14など
の駆動により搬送アーム13をレール部材12に沿って
往復動させることにより、未処理の被処理基板Wをケー
ス2内に搬入し、処理済みの被処理基板Wをケース2内
から搬出するようにしている。
【0017】搬送ロボット9の構造は上記に限定され
ず、使用目的等に応じて任意にその構造を変更すること
ができる。例えば、露光装置と組み合わせて用いる場合
には、図において左側に露光装置を設置し、レール部材
12を水平面内で180°回転可能とすることで、ポス
トエクスポージャベイク(PEB)が行える。
【0018】以上の熱処理装置1を用いて被処理基板W
に加熱処理と冷却処理を施すには、先ず、未処理の被処
理基板Wを搬送ロボット9の搬送アーム13に乗せてケ
ース2内に差し込む。そして、シリンダユニット6を作
動し、昇降ピン8を上昇させて搬送アーム13から被処
理基板Wを受け取る。
【0019】この後、搬送アーム13を後退させたなら
ば、昇降ピン8を上昇させて被処理基板Wをホットプレ
ート4上に近接せしめる。この時、被処理基板W上面と
ホットプレート4表面との隙間が10mm以下になるよ
うにする。
【0020】そして、ホットプレート4による加熱処理
が終了したならば、直ちにシリンダユニット6を作動せ
しめて昇降ピン8を下降させ、被処理基板Wをクールプ
レート3に載置する。この時チャック5によって被処理
基板W下面を吸引することで処理基板Wを急冷する。図
2は、本発明に係る熱処理装置の別実施例を示す断面図
である。全体的には図1とほぼ同じであるが、ホットプ
レート4と被処理基板Wを囲繞するように補助ヒータ
としてリボンヒータを設けた点で図1に示す熱処理装
置とは異なっている。この例にあっては、ホットプレー
ト4と被処理基板Wとの間が高温状態が安定して保持さ
れるので、ホットプレート4と被処理基板Wとの間隔に
多少バラツキがあっても、加熱処理の信頼性は高い。ま
た補助ヒータ15はケース2内に限らず、ケース2外で
あっても同様の効果を奏することができる。
【0021】図3は本発明に係る熱処理装置を塗布装置
と組み合わせて被膜形成ラインを構成した例を示す図で
あり、被膜形成ラインは図の左側を上流部とし、この上
流部に被処理基板Wの投入部21を設け、この投入部2
1の下流側に塗布装置22を配置し、この塗布装置22
の下流側に順次、減圧乾燥装置23、被処理基板Wのエ
ッジ洗浄装置24及びホットプレート25・・・及び本発
明に係る熱処理装置1と搬送ロボット9を配置し、投入
部21から熱処理装置1に至るまでは搬送装置26によ
って被処理基板Wの前後端の下面を支持した状態で搬送
し、ホットプレート25・・・間は垂直面内でクランク動
をなす搬送装置27により被処理基板Wの下面を支持し
た状態で各ホットプレート25…上を順次移し換え、最
終的に熱処理装置1内で温度を調整しつつ被処理基板W
を取り出し部28まで搬送するようにしている。
【0022】そして、被処理基板Wの表面にレジスト膜
を形成するには、前処理が済んだ被処理基板Wに塗布装
置22によってレジスト塗布液が塗布され、減圧乾燥装
置23である程度乾燥され、次いでエッジ洗浄装置24
にてエッジリンスがなされ、この後ホットプレート25
にてベークされ、更に本発明に係る熱処理装置1にてベ
ークと温度調整がなされる。この後、被処理基板Wは露
光機に送られて露光が施され、更に現像が行われる。
【0023】尚、本発明に係る熱処理装置1はレジスト
膜のベークに限定されるものではなく、カラーフィルタ
ー膜の形成や各種熱処理に広く用いることができる。
【0024】
【発明の効果】以上に説明したように本発明に係る熱処
理装置によれば、被処理基板の搬入用または搬出用の開
口を除いて密閉されたケース内に被処理基板を加熱処理
するホットプレートを配置し、またケース内でホットプ
レートよりも下方に被処理基板を冷却処理するクールプ
レートを配置したので、昇降ピン等の昇降手段により加
熱処理と冷却処理を例えば3秒以内の極めて短い時間内
に行うことができ、したがって、感光性レジスト膜の形
成に用いた場合には、急冷による感度向上を図ることが
できる。特に、化学増幅型レジストのPEBに用いた場
合、PEB管理が容易である。
【0025】また、ホットプレート表面をフッ素樹脂等
の熱伝導率の小さい材料にて被覆しておけば、ホットプ
レート表面への温度影響を緩和することができ、更に、
ケースに形成する被処理基板の搬入用または搬出用の開
口を、クールプレート寄りの位置に形成することで、ケ
ース内温度を安定せしめることができる。
【0026】また、加熱処理中における被処理基板上面
とホットプレート表面との間隔を10mm以下とするこ
とで、安定した熱処理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る熱処理装置の断面図
【図2】本発明に係る熱処理装置の別実施例の断面図
【図3】本発明に係る熱処理装置を組み込んだ被膜形成
装置の全体平面図
【符号の説明】
1…熱処理装置、2…ケース、3…クールプレート、4
…ホットプレート、5…チャック、8…昇降ピン、9…
搬送ロボット、10…搬入・搬出用の開口、15…補助
ヒータ、W…被処理基板。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/027 G03F 7/20 - 7/24

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 被処理基板の搬入用または搬出用の開口
    を除いて密閉されたケース内に被処理基板を加熱処理す
    るホットプレートを、またケース内で前記ホットプレー
    トよりも下方に被処理基板を冷却処理するクールプレー
    トを配置し、前記ホットプレートによる処理とクールプ
    レートによる処理を切り換える昇降手段が設けられたホ
    トレジスト用熱処理装置において、前記ホットプレート
    による処理はホトレジスト膜の形成であり、前記クール
    プレートによる処理は形成したホトレジスト膜の感度上
    昇であり、前記ホットプレート表面は、熱伝導率の小さ
    い材料にて被覆されていることを特徴とするホトレジス
    ト用熱処理装置。
  2. 【請求項2】 請求項1記載のホトレジスト用熱処理装
    置において、前記ホットプレートには前記被処理基板を
    囲繞するように補助ヒーターを設けたことを特徴とする
    ホトレジスト用熱処理装置。
  3. 【請求項3】 被処理基板を加熱処理するホットプレー
    トと被処理基板を冷却処理するクールプレートとをクー
    ルプレートの方がホットプレートよりも下方になるよう
    にケース内に配置し、このケース内に被処理基板を搬入
    し、ケース内で被処理基板を昇降動せしめることで、加
    熱処理と冷却処理とを切り換えるようにしたホトレジス
    ト用熱処理方法において、前記加熱処理はホトレジスト
    膜の形成であり、前記冷却処理は形成したホトレジスト
    膜の感度上昇であり、前記加熱処理中における被処理基
    板上面とホットプレート表面との間隔は、昇降手段によ
    って10mm以下とし、また前記冷却処理中における被
    処理基板上面とクールプレート表面との間隔は昇降手段
    によって10mm以下とすることを特徴とするホトレジ
    スト用熱処理方法。
  4. 【請求項4】 被処理基板を加熱処理するホットプレー
    トと被処理基板を冷却処理クールプレートとをクールプ
    レートの方がホットプレートよりも下方になるようにケ
    ース内に配置し、このケース内に被処理基板を搬入し、
    ケース内で被処理基板を昇降動せしめることで、加熱処
    理と冷却処理とを切り換えるようにしたホトレジスト用
    熱処理方法において、前記加熱処理はホトレジスト膜の
    形成であり、前記冷却処理は形成したホトレジスト膜の
    感度上昇であり、前記ホットプレート表面をフッ素樹脂
    などの熱伝導率の小さい材料で被覆し、前記加熱処理終
    了後、前記被処理基板をクールプレート上に載置し、前
    記クールプレートに設けられているチャックで被処理基
    板を吸引することを特徴とするホトレジスト用熱処理方
    法。
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